JP4752275B2

JP4752275B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP4752275B2
Application number: JP2005019379A
Authority: JP
Inventors: 康裕三井; 淳湯澤; 康裕小橋
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006205031A

Description

本発明は、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターのような、角型ガラス基板に高精度の塗布膜を形成するためのスリットダイ及び塗布装置に関する。

液晶ディスプレイなどに用いられるカラーフィルターの製造方法の一つとして、顔料分散法がある。顔料分散法の工程の中で最も重要な役割を担う塗布工程では、従来のスピンコート方式に変わって、高精度なスリットダイを用いたダイコート方式が主流になりつつある。

しかしながら、ダイコート方式ではスピンコート方式と違って直接薄膜を塗布するため、スリットダイのスリット隙間がその長手方向で不均一であると塗布液の吐出量に差が生じ、塗布膜厚が不均一になったり、縦筋むらが発生したりする事が大きな問題となっていた。

上記問題の解決策として、被塗布部材とのなす角度が９０°を中心として進行方向の前後２０°の範囲内にあるような調節ボルトを設け、スリット隙間を調節する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、油圧ユニットによりスリットダイを弾性変形させスリット隙間を調節する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、近年では塗布液の種類や要求塗布膜厚の多様化、高品質化等に対応するために、スリット隙間の調節量を弾性変形範囲内で出来る限り大きく、且つ微小・狭範囲に調節する必要が生じている。また、塗布基板の大判化に伴って、スリットダイの塗布幅も広がるため、本体の大型化を抑え軽量化を図る事が必要不可欠でもある。

特許文献１の方法によれば、スリット隙間の調節量を大きくするためには弾性変形の支点部分の肉厚を薄くする事が考えられるが、その分微小な調節がし難くなり、またスリットダイ自体の剛性も低くなってしまう。更に、調節ボルト頭部がスリットダイ底面側を向いていると調節自体は容易に行えるが、調節ボルト側ブロックの大きさに占める調節ボルトのスペースが大きくなることから、特許文献１記載の機構を新たに組み込む事が困難になるという問題があった。

非特許文献１の方法によれば、スリット隙間の微小な調節は可能であるが、調節量を大きくする事は特許文献１の方法同様困難である。また、油圧ユニット自体のスペースを確保する必要があるためスリットダイ自体が大きくなってしまったり、機構が大掛かりでイニシャルコストも嵩んでしまう。更に、スリットダイ長手方向において、広い範囲の調節には向いているが、狭い範囲の調節には不向きである。以下に公知文献を示す。
特開Ｈ０９−１３１５６１号公報コンバーテック２００４年６月号Ｖｏｌ．３７５、Ｐ．６０〜Ｐ．６２、加工技術研究会発行

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、複数の金属製構造物を組み合わせる事で一定の容積を有するマニホールドとマニホールドに接続された極狭幅のスリットとを形成し、且つスリットの出口部両側には狭幅のリップを有し、且つ外部より液を供給する経路とエアーを排出する経路を有する事を特徴とするスリットダイにおいて、種々の塗布液や要求膜厚に対応できるようにスリット隙間の調節量が充分に大きく、且つ微小に狭範囲を調節する事が可能であり、また調節自体も容易に行え、安価で、尚且つスリットダイ全体を大きくする必要無く、膜厚均一性が良好で高品質な塗布膜を形成する事が可能なスリットダイと、そのスリットダイを搭載した塗布装置を提供する事にある。

すなわち本発明は、上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、水平に載置された基板に対し該基板の上方から塗布をおこなう塗布装置であって、複数の金属製構造物を組み合わせて一定の容積を有するマニホールドとマニホールドに接続された極狭幅のスリットを形成し、該スリットの出口部両側には狭幅のリップを有し、該マニホールドへ外部より液を供給する経路とマニホールドから外部へエアーを排出する経路を有する事を特徴とするスリットダイであって、スリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節する事が可能な複数の調節ボルトＡを有し、該調節ボルトＡの頭部はスリットダイ先端側、該調節ボルトＡの先端部は該スリットダイ底面側を向いており、且つスリットダイ短手方向に対して該調節ボルトの頭部がスリットから離れて行く方向に傾斜しており、尚且つ調節ボルトＡの中心線Ｘとリップのフラット面に対して垂直な方向Ｙとのなす角度が１５°〜３０°の範囲にあるスリットダイを備え、該スリットダイが該基板の上面に、前記スリットの出口が基板に対して垂直方向となるように搭載され、基板に塗布をおこなう際に該スリットダイが下降して前記基板に近づき、塗布終了後に該スリットダイが上昇し前記基板から離れる垂直方向精密駆動装置を備えることを特徴とする塗布装置としたものである。

また、請求項２の発明では、前記スリットダイにおいて前記調節ボルトＡよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節することが可能な複数の調節ボルトＢ、調節ボルトＢよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節する事が可能な複数の調節ボルトＣ、調節ボルトＣよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された複数の固定ボルトが、スリットダイ底面側に向かってこの順に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置としたものである。

以上詳細に記述してきたように、本発明に係わるスリットダイ及び塗布装置によれば、以下のような効果を得ることができた。すなわち、複数の金属製構造物を組み合わせる事で一定の容積を有するマニホールドとマニホールドに接続された極狭幅のスリットとを形成し、且つスリットの出口部両側には狭幅のリップを有し、且つ外部より液を供給する経路とエアーを排出する経路を有する事を特徴とするスリットダイにおいて、スリット隙間の調節量が大きく、且つスリットダイ長手方向の狭い範囲を微小に調節する事が可能となり、膜厚均一性が良好で高品質な塗布基板を製作する事ができた。また、大掛かりな機構を搭載していないためスリットダイ自体の大きさを抑える事ができ、尚且つ安価に製作できた。更にまた、調節ボルトＡに傾斜を設け、また調節ボルトＢ及び調節ボルトＣを同じ側のブロックに搭載する事で、スリット間隔を容易に調節する事が可能となった。つまり、本発明が目的とするスリットダイ及び塗布装置を提供する事ができた。

発明の一実施形態を示す。本発明は、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターのような、角型ガラス基板に高精度の塗布膜を形成するためのスリットダイを用いた塗布装置に関するものであり、図１で示す通り、そのスリットダイ（１）は主にマニホールド側ブロック（２）と調節ボルト側ブロック（３）とで構成されている。スリットダイ（１）の内部には、塗布液を一時的に貯留しておくマニホールド（４）と、マニホールドに接続されマニホールド内部の塗布液を外部に吐出するための、極微小な隙間のスリット（５）が形成されている。塗布液の吐出側のスリット端部には、マニホールド側ブロック（２）及び調節ボルト側ブロック（３）両側に、狭幅でスリットダイ長手方向に細長く高精度な平面を成しているリップ（８）が形成されている。
塗布液タンク（１６）は塗布液タンク加圧弁（１２）を開く事で、圧縮クリーンエアー（１１）により加圧される。圧縮クリーンエアー（１１）の圧力調節は減圧弁（１３）と圧力計（１４）によって行い、圧力計（１４）と塗布液タンク（１６）の間には異物を捕集するためのフィルター（１５）が設けられている。

塗布液（１７）をスリットダイ（１）に供給するためには、まず塗布液吸入弁（１８）を開きポンプ（２０）を作動させ圧縮クリーンエアー加圧のサポートを受けながら塗布液（１７）をポンプ（２０）内部に吸入する。次いで塗布液吸入弁（１８）を閉じ、塗布液供給弁（２１）を開いて、ポンプ（２０）を作動させる事で塗布液は供給口（６）を通り、マニホールド（４）へ供給される。塗布液吸入弁（１８）とポンプ（２０）との間には、異物を捕集するための一次フィルター（１９）が、塗布液供給弁（２１）とスリットダイ（１）との間には、ニ次フィルター（２２）がそれぞれ設けられている。

なお塗布液の種類によっては、塗布液タンク（１６）を圧縮エアー加圧せずにポンプ（２０）の作動のみにより塗布液タンクからポンプ内部に塗布液を吸入する事も可能である。マニホールド（４）に溜まったエアーは塗布液供給弁（２１）とエアー抜き弁（２３）を開き、ポンプ（２０）を作動させる事で、排出口（７）を通り廃液タンク（２４）に排出される。図２で示す通り、本発明のスリットダイ（１）はマニホールド側ブロック（２）と調節ボルト側ブロック（３）を貼り合わせた状態で、固定ボルト（３１）により固定されている。調節ボルト側ブロック（３）には長手方向に沿って調節ボルトＡ（３８）、調節ボルトＢ（３７）、調節ボルトＣ（３４）がそれぞれ複数個設けられている。

調節ボルトＢ（３７）は調節ボルトＡ（３８）よりもスリットダイ底面側（３２）に、調節ボルトＣ（３４）は調節ボルトＢ（３７）よりも更にスリットダイ底面側（３２）に、固定ボルト（３１）は調節ボルトＣ（３４）よりも更にスリットダイ底面側（３２）に配置されている。図３で示す通り、調節ボルトＡ（３８）は差動ねじになっており、ネジブッシュ（６１）と止めネジ（６２）によって構成されている。ネジブッシュ（６１）のネジピッチと止めネジ（６２）のネジピッチは微小に差が有り、ネジブッシュ（６１）を回転させた時にそのピッチ差によりヒンジ部（３９）に力を与えて、弾性変形支点部（４０）を支点として調節ボルト側ブロック（３）を弾性変形させる構造になっている。すなわち、ネジブッシュ（６１）のピッチが止めネジ（６２）のピッチよりも広い場合、ネジブッシュ（６１）を時計回りに回すとヒンジ部（３９）がスリットダイ先端側（３３）に押される形となり、弾性変形支点部（４０）が支点となって、スリット隙間が狭まる。逆に、ネジブッシュ（６１）を反時計回りに回すとヒンジ部（３９）がスリットダイ底面側（３２）に押される形となり、弾性変形支点部（４０）が支点となって、スリット隙間が広がる。また、ネジブッシュ（６１）のピッチが止めネジ（６２）のピッチよりも狭い場合は、ネジブッシュ（６１）を時計回りに回すとスリット隙間が広がり、ネジブッシュ（６１）を反時計回りに回すとスリット隙間が狭まる。

また、調節時の弾性変形支点部（４０）の肉厚ｈを厚くすると、ネジブッシュ（６１）の回転角度に対するスリット隙間の変化量は小さくなり、逆にｈを薄くするとネジブッシュ（６１）の回転角度に対するスリット隙間の変化量は大きくなる。従って、スリット隙間の微小な調節をするためには、弾性変形支点部（４０）の肉厚ｈは厚めに設定するのが望ましい。

調節ボルトＡ（３８）のネジブッシュ（６１）の頭部はスリットダイ先端側（３３）、調節ボルトＡ（３８）の止めネジ（６２）の先端部はスリットダイ底面側（３２）を向いており、調節ボルトＡ（３８）の中心線Ｘは、リップ（８）のフラット面に対して垂直な方向Ｙに関して、スリットダイ短手方向にネジブッシュ（６１）の頭部がスリットから遠ざかる方向に傾斜している。さらに、ネジブッシュ（６１）の頭部には調節時の回転角度を把握するために目印を付けてある。また、通常塗布待機時や基板塗布時にはリップ（８）のフラット面は真下を向いているため、調節ボルトＡ（３８）自身をやや傾斜させる事で調節時の回転角度を視認しやすくなる。

このリップ（８）のフラット面に対して垂直な方向Ｙと調節ボルトＡ中心線との傾斜角度θが１５°よりも小さい場合、水平面から見た場合に回転角度の確認が困難である。また、３０°よりも大きい場合、調節時の回転角度に対するスリット隙間の変化量が大きくなってしまう事と、構造的に調節ボルト側ブロック（３）の厚みを厚くする必要が生じ、スリットダイ全体が大きくなってしまう事になる。すなわち、この傾斜角度θは１５°〜３０°の範囲に入っている必要があり、更には２１°〜２５°の範囲に入っている方がより回転角度の視認がし易く且つスリットダイの大きさを抑える事ができ、微小な調節が可能となるため、好ましい。

調節ボルトＢ（３７）は六角穴付きボルトであり、調節ボルトＢ（３７）を締め込むと、スリット隙間は狭まる。この時、調節ボルトＢ（３７）の締め込む力をトルクレンチにて管理する事で、スリット隙間の狭まる量を調節する事が可能である。調節ボルトＣ（３４）は六角穴付き止めネジであり、押しボルトとして使用する。固定押しボルト（３５）を締め込む事によって調節ボルトＣ（３４）は固定される。調節ボルトＣ（３４）を締め込むと、座グリ穴（３６）が押されるため、スリット隙間は広がる。この時、調節ボルトＣ（３４）の締め込む力をトルクレンチにて管理する事で、スリット隙間の広がる量を調節する事が可能である。

これらの調節ボルトＢ（３７）及び調節ボルトＣ（３４）はマニホールド側ブロック（２）を直接押し引きするため、充分に広い範囲のスリット隙間の調節をする事が可能である。また、調節ボルトＡ（３８）、調節ボルトＢ（３７）、調節ボルトＣ（３４）の３種類が全て調節ボルト側ブロック（３）に設けられているため、調節自体を容易に行う事が可能である。

更にまた、構造自体特殊な物では無く、調節ボルトのみの比較的簡単な機構を用いているため、製作時のイニシャルコストを低く抑える事ができる。更にまた、調節ボルトＡ（３８）は調節ボルト側ブロック（３）を変形させてスリット隙間を調節し、調節ボルトＢ（３７）及び調節ボルトＣ（３４）はマニホールド側ブロック（２）を変形させてスリット隙間を調節するため、力を加えた時の応力が片側ブロックに集中せず、大きな変形を伴う調節時にもスリットダイ本体にかかる負担を軽減する事ができる。

図２、図４で示す通り、本発明の塗布装置では、スリットダイ（１）は天板（４１）で吊り下げられ、垂直方向精密駆動装置（４２）にて上下方向に移動し、水平方向精密駆動装置（４３）にて水平方向に移動する。また、塗布装置は上記ユニット以外に、ガラス基板（５１）を載置するための精密テーブル（４４）などで構成されている。なお、スリットダイ自体が水平方向に移動し塗布を行う方式ではなく、スリットダイが固定されており精密テーブルが移動して塗布を行う方式でも良い。またスリットダイ（１）の両端をサイドプレート（４５）で塞ぐ事で、マニホールド（４）及びスリット（５）を形成する事ができる。

本発明のスリットダイ及び塗布装置として、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターの製造工程において、感光性材料をスリットダイを用いて塗布した場合を説明する。スリットダイは、スリット隙間１００μｍ、スリットダイ長手方向のスリット長さは６７５ｍｍの物を使用した。調節ボルトＡは等間隔で３４ヶ所、調節ボルトＢは等間隔で１８ヶ所、調節ボルトＣは等間隔で２０ヶ所配置した。なお、これらの位置、個数及び配置間隔はスリットダイの長手方向長さや調節したい位置等により適宜決めてよい。また、調節ボルトＡの中心線の傾斜角度は２１°とした。更にまた、調節ボルトＡのネジブッシュは止めネジよりもピッチが大きいものを使用した。

塗布する感光性材料は市販のネガレジストを用い、塗布するガラス基板は無アルカリガラスでサイズは６８０ｍｍ×８８０ｍｍ×０．７ｔｍｍを用いた。目標の塗布膜厚はスリットダイ長手方向で２．０μｍ±１％（但し両端１０ｍｍを除く）とした。

以下に実際の動作を詳細に示す。
図１、図４及び図５に示す通り、図示されてないローダーユニットの搬送ロボットによって、ガラス基板（５１）は精密テーブル（４４）上に載置され、真空吸着される。塗布液タンク加圧弁（１２）は予め開いており、塗布液タンク（１７）は常時加圧されている。スリットダイ（１）は図示されていない精密定盤上で予め組み付けられ、天板（４１）に固定されている。この時、スリットダイ（１）の調節ボルトＡ（３８）は回転角度０°、調節ボルトＢ（３７）、調節ボルトＣ（３４）は全て締め付けトルク０Ｎｍの状態としている。

スリットダイ（１）内部にネガレジストを供給するために予め以下の動作を行う。すなわち、塗布液吸入弁（１８）を開きポンプ（２０）を作動させる事で塗布液タンク（１６）よりネガレジストを吸入し、次いで塗布液吸入弁（１８）を閉じ、塗布液供給弁（２１）とエアー抜き弁（２３）を開いてポンプ（２０）を作動させ、塗布液をスリットダイ（１）に供給し、更にマニホールド（４）に溜まっているエアーを廃液タンク（２４）に排出する。以上の動作を数回繰り返す事で、スリットダイ（１）の内部は完全にネガレジストで満たされる。

また、スリットダイ（１）は塗布開始上位置（Ｓ）にて待機しており、ガラス基板（５１）が精密テーブル（４４）上に載置されると、垂直方向精密駆動装置（４２）によって塗布開始位置（Ｔ）に下降する。この状態で塗布液供給弁（２１）を開いてポンプ（２０）を作動させ塗布ビード（５２）を形成した後、水平方向精密駆動装置（４３）によって塗布膜（５３）を形成しつつ塗布終了位置（Ｕ）に平行移動する。スリットダイ（１）が塗布終了位置（Ｕ）に移動すると、ポンプ（２０）の動作を停止し、塗布液供給弁（２１）を閉じてネガレジストの吐出を停止する。次いで塗布終了上位置（Ｖ）に上昇し、次いで塗布開始上位置（Ｓ）に移動して、次のガラス基板が精密テーブル（４４）上に載置されるのを待つ。

また次の塗布準備のため、スリットダイが塗布終了上位置（Ｖ）に上昇を始めると同時に、塗布液吸入弁（１８）を開き、ポンプ（２０）を作動させ、ネガレジストをポンプ内部に吸入し、吸入が終わったら塗布液吸入弁（１８）を閉じる。一方、ネガレジストを塗布したガラス基板（５１）は図示されない搬送ロボットによって図示されない膜厚計に載置され、インラインにてスリットダイ（１）の長手方向の塗布膜厚を測定する。

この時、調節ボルトＡの回転角度を全て０°、調節ボルトＢ及び調節ボルトＣの締め付けトルクを、全て０Ｎｍとした状態で塗布したリファレンス基板のスリットダイ長手方向の膜厚測定結果は、図６で示す通りとなり、膜厚均一性は２．０μｍ±５％程度となった。この結果より、膜厚の低い部分の調節ボルトＣ（３４）を一定のトルクで締め込み、更に膜厚の厚い部分の調節ボルトＢ（３７）を一定のトルクで締め込んで再度塗布を行った。その結果、膜厚均一性は２．０μｍ±２％程度となったが、これ以上、膜厚均一性を良好にすることはできなかった。この状態で膜厚の厚い部分は薄くなるよう、膜厚の薄い部分は厚くなるように調節ボルトＡ（３８）を微小に調節し、再度塗布を行った。その結果、膜厚均一性は最終的に２．０μｍ±１％以内に入り、目標値を達成する事ができた。

スリットダイを用いた塗布装置の概略を示す説明図である。本発明のスリットダイの長手方向の断面図である。本発明のスリットダイの調節ボルトＡ付近の断面拡大図である。本発明の塗布装置の一例を示した斜視図である。本発明の塗布装置の動作を模式的に表した説明図である。本発明のスリットダイにて塗布した際のスリットダイの長手方向の膜厚分布を表したグラフである。

符号の説明

１・・・スリットダイ
２・・・マニホールド側ブロック
３・・・調節ボルト側ブロック
４・・・マニホールド
５・・・スリット
６・・・供給口
７・・・排出口
８・・・リップ
１１・・・圧縮クリーンエアー
１２・・・塗布液タンク加圧弁
１３・・・減圧弁
１４・・・圧力計
１５・・・フィルター
１６・・・塗布液タンク
１７・・・塗布液
１８・・・塗布液吸入弁
１９・・・一次フィルター
２０・・・ポンプ
２１・・・塗布液供給弁
２２・・・ニ次フィルター
２３・・・エアー抜き弁
２４・・・廃液タンク
３１・・・固定ボルト
３２・・・スリットダイ底面側
３３・・・スリットダイ先端側
３４・・・調節ボルトＣ
３５・・・固定押しボルト
３６・・・座グリ穴
３７・・・調節ボルトＢ
３８・・・調節ボルトＡ
３９・・・ヒンジ部
４０・・・弾性変形支点部
４１・・・天板
４２・・・垂直方向精密駆動装置
４３・・・水平方向精密駆動装置
４４・・・精密テーブル
４５・・・サイドプレート
５１・・・ガラス基板
５２・・・塗布ビード
５３・・・塗布膜
６１・・・ネジブッシュ
６２・・・止めネジ
Ｓ・・・塗布開始上位置
Ｔ・・・塗布開始位置
Ｕ・・・塗布終了位置
Ｖ・・・塗布終了上位置
ｈ・・・弾性変形支点部肉厚
θ ・・・調節ボルトＡ中心線傾斜角度
Ｘ・・・調節ボルトＡ中心線
Ｙ・・・リップ面垂直方向

Claims

水平に載置された基板に対し該基板の上方から塗布をおこなう塗布装置であって、
複数の金属製構造物を組み合わせて一定の容積を有するマニホールドとマニホールドに接続された極狭幅のスリットを形成し、該スリットの出口部両側には狭幅のリップを有し、該マニホールドへ外部より液を供給する経路とマニホールドから外部へエアーを排出する経路を有する事を特徴とするスリットダイであって、スリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節する事が可能な複数の調節ボルトＡを有し、該調節ボルトＡの頭部はスリットダイ先端側、該調節ボルトＡの先端部は該スリットダイ底面側を向いており、且つスリットダイ短手方向に対して該調節ボルトの頭部がスリットから離れて行く方向に傾斜しており、尚且つ調節ボルトＡの中心線Ｘとリップのフラット面に対して垂直な方向Ｙとのなす角度が１５°〜３０°の範囲にあるスリットダイを備え、
該スリットダイが該基板の上面に、前記スリットの出口が基板に対して垂直方向となるように搭載され、
基板に塗布をおこなう際に該スリットダイが下降して前記基板に近づき、塗布終了後に該スリットダイが上昇し前記基板から離れる垂直方向精密駆動装置を備える
ことを特徴とする塗布装置。
前記スリットダイにおいて
前記調節ボルトＡよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節することが可能な複数の調節ボルトＢ、調節ボルトＢよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された該スリットの短手方向隙間を調節する事が可能な複数の調節ボルトＣ、調節ボルトＣよりスリットダイ底面側にスリットダイ長手方向に沿って配列された複数の固定ボルトが、スリットダイ底面側に向かってこの順に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。